中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國信息通信研究院發(fā)布《信息光子技術(shù)發(fā)展與應用研究報告（2024年）》。報告指出，“信息光子”是光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域，將光子作為載體，通過(guò)操控光子實(shí)現信息的獲取、傳遞、處理和呈現。
“信息光子”橫向包含光采集、光連接、光算存和光呈現四大細分領(lǐng)域；縱向包含核心光子芯片器件和材料、模塊級產(chǎn)品、系統級產(chǎn)品，并進(jìn)一步賦能上層各類(lèi)業(yè)務(wù)及應用，價(jià)值鏈不斷延伸。
其中在光連接方面，持續向高速率、大容量、多場(chǎng)景等方向演進(jìn)。
高速率方面，早期由城域和干線(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò )引領(lǐng)驅動(dòng)，迭代速度較慢，約10年更新一代。當前，在人工智能的驅動(dòng)下，數據/智算中心互聯(lián)成為最主要應用場(chǎng)景，市場(chǎng)規模約為電信網(wǎng)絡(luò )的1.5-2倍，早期為3-4年更新一代，也是在A(yíng)I影響下，迭代周期將進(jìn)一步縮短。
目前，直調直檢光連接當前處于800Gb/s速率,其中基于單通道100Gb/s的800Gb/s光模塊基本成熟，基于單通道200Gb/s的800Gb/s、1.6Tb/s光模塊加速研發(fā)，預計未來(lái)1-2年進(jìn)入1.6Tb/s速率，2030年3.2Tb/s將走向規模應用。
干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相干光連接當前處于單波400Gb/s，預計2030年主流應用將達到單波800Gb/s，2035年后進(jìn)一步向單波T+b/s挺進(jìn)。同時(shí)，相干技術(shù)由干線(xiàn)/城域向百km及以?xún)戎卸叹鄳孟鲁?，預計2030年將達單波T+b/s。
另外從基礎光電芯片的角度，業(yè)界將始終瞄準最少通道的技術(shù)方向，已開(kāi)始向100GBd及以上光電芯片平臺演進(jìn)升級。同時(shí)在材料方面，III-V族、硅基光電子、薄膜鈮酸鋰等競相發(fā)展，光子集成、先進(jìn)封裝技術(shù)也在加速演進(jìn)。
大容量方面，頻譜擴展是短期內提升系統容量的有效方式，在干線(xiàn)和城域網(wǎng)絡(luò )中，隨著(zhù)單通道速率由100Gb/s提升至400Gb/s，12THz C+L即將邁入規模部署。未來(lái)5-10年將進(jìn)一步通過(guò)更寬頻譜拓展、空分復用系統和空芯光纖等方式實(shí)現傳輸容量提升。
另外，波長(cháng)選擇開(kāi)關(guān)（WSS）、陣列光開(kāi)關(guān)（OCS）等全光交換技術(shù)以大顆粒交換提升系統容量。未來(lái)2-3年，WSS將實(shí)現32維C+L波段一體化、OCS將實(shí)現300-500端口；未來(lái)5年，WSS將實(shí)現48/64維、OCS將實(shí)現1000端口。
應用場(chǎng)景方面，陸地光通信由電信網(wǎng)絡(luò )、行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)和數據中心互聯(lián)等傳統領(lǐng)域向智算/超算互聯(lián)、算間互聯(lián)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域擴展，并進(jìn)一步由陸地向空間、水下、車(chē)內、以及芯片級等范圍延伸，助力構建空天地海一體化協(xié)同網(wǎng)絡(luò )，應用領(lǐng)域和連接范圍不斷擴展。
具體而言，在空間，激光通信可為星-星、星-地之間提供高指向性、高帶寬連接手段；在水下，可見(jiàn)光通信將成為繼聲波、射頻之后的又一重要水下連接技術(shù)；在車(chē)內，車(chē)載光總線(xiàn)將成為車(chē)輛電子化、智能化連接技術(shù)極具競爭力的選擇。
報告還指出，隨著(zhù)數據/智算中心的快速發(fā)展以及5G-A/6G持續推進(jìn)，光連接需求不斷增長(cháng)，并逐步由模塊或板卡極光互連向片間/片上光互連演進(jìn)。
片間光互連以光電合封（CPO）和光輸入輸出（OIO）為研究熱點(diǎn)。CPO低功耗的特性有助于數據中心綠色升級，根據博通數據CPO系統功耗相較可插拔光模塊可降低50%以上，另外硅基光電子集成方案成為CPO主流路線(xiàn)，目前CPO產(chǎn)業(yè)鏈由交換機巨頭牽引，國內外標準體系也已經(jīng)初步建立。OIO是算存架構中的重要互連方案，產(chǎn)業(yè)鏈由計算巨頭牽引，標準研制尚處初期。
片上光互連方面，大規模集成電路需要高密度、長(cháng)距離布線(xiàn)，引發(fā)帶寬、能耗、時(shí)延等瓶頸問(wèn)題，片上光互連可支撐實(shí)現大量長(cháng)距通道，若擴展至整個(gè)晶圓，則可實(shí)現晶圓級光互連網(wǎng)絡(luò )。其研究重點(diǎn)包括光子器件、交換機制、拓撲結構和路由算法等，目前處于發(fā)展早期階段。
技術(shù)演進(jìn)趨勢之外，報告指出，Omdia數據顯示，2023年全球光連接用光器件（包含光模塊及芯片）市場(chǎng)規模約124.07億美元，在數據/智算中心互聯(lián)等需求驅動(dòng)下，2024年市場(chǎng)規模將顯著(zhù)增長(cháng)。
從區域分布來(lái)看,市場(chǎng)增長(cháng)動(dòng)力主要來(lái)源于北美，谷歌、英偉達在人工智能集群中已規模部署800Gb/s光模塊、即將邁入1.6Tb/s時(shí)代；亞馬遜、Meta即將部署800Gb/s光模塊。我國已開(kāi)始400Gb/s光模塊批量部署，800Gb/s應用尚處探索階段。在全球光模塊器件企業(yè)市場(chǎng)份額方面，我國企業(yè)與美國平分秋色，多家企業(yè)位列全球TOP10。
